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Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Coordination and control of fixed-wing aerial robots
Autor(es): Adriano Martins da Costa Rezende
Primeiro Orientador: Luciano Cunha de Araujo Pimenta
Primeiro Coorientador: Vinicius Mariano Goncalves
Primeiro membro da banca : Guilherme Vianna Raffo
Segundo membro da banca: Leonardo Antonio Borges Torres
Terceiro membro da banca: Gustavo Medeiros Freitas
Resumo: Sistemas multiagentes vem recebendo muita atenção nos últimos anos, uma vez que eles são capazes de realizar tarefas ou melhor, ou mais rápido ou até mesmo que são infactíveis para um único agente. Este trabalho apresenta uma formulação baseada em MILP (programação linear inteira mista) para a coordenação de múltiplos robôs que devem percorrer, persistentemente, curvas fechadas com pontos de interseção. A estratégia consiste em um planejamento offline para as velocidades dos robôs de forma que estes não precisam, em tempo real, realizar manobras para evitar colisão. O modelo do robô considera restrições de velocidade mínima e máxima, fato que possibilita a aplicação da estratégia a robôs aéreos de asa fixa. Questões que são usualmente negligenciadas na literatura de sistemas multi-robô são consideradas neste trabalho, a saber: separação espacial mínima; limites de aceleração; e incertezas nas velocidades e posições. Para controlar cada robô no seu caminho específico, uma técnica de campo vetorial guia foi desenvolvida. Neste estágio da dissertação uma melhor representação da dinâmica de um avião é considerada. O modelo de referência utilizado é não holonômico e admite entradas de controle limitadas. Uma estratégia de campo vetorial já consolidada é utilizada para guiar o cálculo das entradas de controle. Convergência assintótica é provada com Teoria de Lyapunov e conjuntos invariantes são encontrados quando distúrbios são levados em consideração. A estratégia de controle desenvolvida também apresenta vantagens sobre trabalhos relacionados. Sua principal característica é a habilidade de lidar com curvas de formato genérico em 3 dimensões. Simulações com até 48 robôs demonstram a eficiência computacional da estratégia de coordenação baseada em MILP. A eficiência do controlador guiado por campo vetorial proposto é demonstrada em simulações com um modelo de aeronave realístico com 6 graus de liberdade e 12 estados. Um experimento real com 3 robôs e-puck é apresentado para validar a estratégia de coordenação e controle de múltiplos robôs em um cenário do mundo real.
Abstract: Multi-agent systems have received much attention in the last years, since they are able to perform tasks better, faster or even those that are unfeasible for single agents. This work presents a MILP (mixed integer linear programming) based formulation for the coordination of multiple robots that must follow closed intersecting paths persistently. The strategy consists of an offline planning for the robots' velocities, which prevents the need of online collision avoidance maneuvers. The robot model considers minimum and maximum speed constraints, which allows the strategy to be applied to fixed-wing aerial robots. Issues that are often disregarded in the literature of multi-robot systems are addressed in the present work, they are: minimum spatial separation; acceleration limits; and uncertainties on the speeds and positions. In order to control each robot on its specified path, a guidance vector field approach technique was developed. In this stage of the dissertation a better representation of the dynamics of an airplane is considered. The used reference model is non holonomic and has constrained input controls. A consolidated vector field strategy is used to guide the computation of the control inputs. Asymptotic stability is proven with Lyapunov Theory and ultimate bounds are found when actuation disturbances are taken into account. The developed control strategy also has advantages over the strategies in related works. Its main characteristic is the ability to deal with generic curve shapes in 3 dimensions. Simulations with up to 48 robots show the computational efficiency of the MILP based coordination strategy. The efficiency of the proposed guidance vector field controller is demonstrated with simulations with a 6 degrees of freedom, 12 states realistic aircraft model. A real experiment with 3 actual e-puck robots is presented in order to validate the multi-robot coordination and control strategy in a real world scenario.
Assunto: Robôs
Engenharia elétrica
Idioma: Inglês
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BCDHF8
Data do documento: 18-Fev-2019
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